ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы СУСПЕНЗИЙ Процессы концентрирования в биотехнологии из "Флокулянты в биотехнологии" Биологические жидкости существенно отличаются от дисперсий органических и неорганических веществ. Характерная особенность культуральных жидкостей, поступающих на переработку, — невысокое (от 0,1 до 10%) содержание целевого продукта — клеток, ферментов, антибиотиков и др. (табл. 2.1). По этой причине применяющиеся способы выделения продуктов микробного синтеза всегда связаны с переработкой больших объемов культуральных жидкостей. Независимо от того, содержится ли целевой продукт в клеточной массе или в нативном растворе, как правило, стадия отделения биомассы от культуральной жидкости является обязательной. Помимо высокой экономичности и эффективности в биотехнологических производствах к методам концентрирования предъявляется ряд специальных дополнительных требований. [c.23] Поскольку заключительным этапом обезвоживания большинства биотехнологических продуктов служит энергоемкий процесс сушки, то применяющиеся способы предварительного сгущения должны обеспечивать максимально высокие степени концентрирования дисперсной фазы. Нередко на сгущение биомассы и высушивание концентрата приходится более четверти всех энергозатрат производства биопрепаратов. Как правило, эффективность процессов концентрирования существенно зависит от масштабов производства. В общем виде справедливо положение чем ниже концентрация конечного продукта и чем меньше масштабы его производства, тем выше себестоимость продукции. [c.23] Для очистки нативных растворов от дисперсных частиц (клеток, осколков клеток, питательной среды), их концентрирования и частичного обезвоживания используются различные физико-химические и механические методы. [c.23] Как правило, применение традиционных способов концентрирования — сепарирования, флотации и фильтрования или их комбинаций — позволяет получать концентраты биосуспензий с содержанием до 12— 25 % абсолютно сухого вещества (АСЕ). При этом оборудование, используемое для концентрирования, не должно вызывать разрушения биологических материалов, т. е. должна быть предотвращена инактивация целевых продуктов. По этой же причине концентрирование проводится в короткие сроки, а часто - в стерильных условиях. [c.23] Важным требованием является соответствие нормам промьпплен-ной санитарии, особенно при работе с вирулентными материалами, и экологической безопасности. [c.23] Культуральные жидкости представляют собой сложные многокомпонентные гетерофазные системы. Знание основных физико-химических характеристик таких суспензий необходимо как при разработке и проектировании оборудования, так и в практике проведения процессов культивирования и переработки. Однако в литературе опубликовано лишь небольшое число работ, посвященных этому вопросу [22, 28, 29]. [c.24] Разрушенные суспензии дрожжей намного труднее фильтруются, чем интактные клетки, что, в частности, обусловлено различием в вязкости, особенно при низких скоростях сдвига. В ряде технологий (например, выделение внутриклеточных ферментов), связанных с дезинтегрированием клеток и последующим отделением клеточных фрагментов, необходимо учитывать неньютоновское поведение суспензий при подборе метода очистки культуральных жидкостей. [c.25] Растворы ВМС, в том числе бактериальные полисахариды и белки, также характеризуются комплексом неньютоновского поведения. Например, для растворов ксантана, других бактериальных полисахаридов, как и содержащих их культуральных жидкостей, отмечаются значительные эффекты псевдопластичности. [c.25] Реологические характеристики культуральных жидкостей определяются не только морфологией клеток микроорганизмов, но и наличием высокомолекулярных компонентов и дисперсных частиц в питательной среде, например эмульсией парафинов в производстве белково-витамин-ных концентратов (БВК). Вязкость культуральных жидкостей зависит от стадии культивирования и, как правило, к окончанию процесса увеличивается в несколько раз, что в большей степени присуще мицелиаль-ным грибам [31]. Вязкостные показатели культуральных жидкостей определяют как эффективность большинства промьпиленных процессов сгущения, так и энергозатраты, связанные с перекачиванием. [c.25] Существенные изменения в процессе культивирования претерпевает поверхностное натяжение жидкости а, которое является определяющим для ряда физических и биологических процессов, в том числе пено-образования, диспергирования воздуха и др. Значение а культуральных жидкостей можно изменять в широких пределах введением ПАВ. [c.25] Клетки микроорганизмов в большей или меньшей степени сжимаемы. По этой причине они представляют собой класс труднофильтруемых суспензий. Средняя скорость фильтрования культуральных жидкостей изменяется в широких пределах - от 10 до 2000 л/ (м ч) [28]. Небольшие размеры клеток микроорганизмов служат причиной забивки фильтрующих перегородок. Осадок, как правило, имеет студенистое строение вследствие гидрофильного характера биоколлоидов, что дополнительно осложняет процесс фильтрования. [c.25] Незначительное число комплексных исследований по оценке физико-химических характеристик клеточных суспензий затрудняет теоретические расчеты различных процессов концентрирования. При разработке и подборе способа концентрирования чаще всего пользуются эмпирическими или полуэмпирическнми подходами. [c.26] В лабораторных и полупромьшшенных масштабах для концентрирования и очистки культуральных жидкостей применяются также методы электроудерживания, экстракции, различные виды хроматографической очистки, магнитное сепарирование и ряд других. [c.26] Многообразие применяющихся в микробиологической промьппленности процессов и аппаратов для концентрирования обусловлено, с одной стороны, большим ассортиментом производимых целевых продуктов (клеточные препараты, биополимеры, аминокислоты, антибиотики, органические растворители и др.), а с другой — различными объемами перерабатываемых культуральных жидкостей и требуемой степенью чистоты получаемого продукта. Важно не только правильно выбирать подходящий тип аппарата, позволяющего с наименьшими потерями количества и качества провести концентрирование продукта, но и добиться высоких экономических и экологических показателей. В неустойчивых биологических системах, где возможна потеря активности продукта, пользуются щадящими методами концентрирования, исключающими повреждение целевого продукта. [c.26] В настоящее время в микробиологической промышленности применяют разнообразные схемы сгущения биосуспензий, в большинстве своем являющиеся многоступенчатыми. Применительно к микробиологическим производствам трудности процессов концентрирования и очистки биологических жидкостей обусловлены как недостаточной обеспеченностью высокоэффективным сепарационным оборудованием, так и отсутствием глубоких теоретических разработок, необходимых для его проектирования и создания. Актуальными становятся вопросы выбора оптимальной схемы сгущения и процессов интенсификации работающего оборудования с использованием вспомогательных средств - коагулянтов, флокулянтов, флотореагентов и других. [c.26] Вернуться к основной статье